垂直紫外線發(fā)光器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種紫外線(UV)發(fā)光器件,且更具體地,涉及一種發(fā)出UV光并包括在P-型半導(dǎo)體層中間的孔穴分布層以改善進(jìn)入活性層的空穴注入效率的UV發(fā)光器件。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光器件是一種無(wú)機(jī)半導(dǎo)體器件,其通過(guò)電子和空穴的復(fù)合來(lái)發(fā)光。UV發(fā)光器件發(fā)出UV光,并可以用于包括固化聚合物材料、醫(yī)用設(shè)備的滅菌、器件組件、用于產(chǎn)生白光的光源等的各種領(lǐng)域。由此,UV發(fā)光器件已經(jīng)逐漸應(yīng)用到各種領(lǐng)域中。
[0003]如典型的發(fā)光器件那樣,UV發(fā)光器件包含設(shè)置在η-型半導(dǎo)體層和P-型半導(dǎo)體層之間的活性層。該UV發(fā)光器件發(fā)出具有相對(duì)短的峰值波長(zhǎng)(通常,峰值波長(zhǎng)為400nm或更少)的光。因此,在使用氮化物半導(dǎo)體制造UV發(fā)光器件中,當(dāng)η-型和P-型氮化物半導(dǎo)體層的帶隙比UV光的能量小時(shí),可能出現(xiàn)吸收從活性層發(fā)出并進(jìn)入η-型和P-型氮化物半導(dǎo)體層的UV光的問(wèn)題。結(jié)果,UV發(fā)光器件的發(fā)光效率明顯降低。
[0004]因此,為了防止發(fā)光效率降低,該UV發(fā)光器件在活性層中含有一定量的Al且在UV發(fā)光側(cè)具有氮化物半導(dǎo)體層。然而,由于GaN的帶隙為約3.4eV并吸收波長(zhǎng)約為360nm或更少的光,因此Al必須包含在該氮化物半導(dǎo)體層,以發(fā)射波長(zhǎng)比該波長(zhǎng)短的光。由于帶隙因Al的存在而增大,所以空穴的電離能增大,同時(shí)活化率降低,使得進(jìn)入活性層的空穴注入效率降低。為了解決此問(wèn)題,盡管存在這樣一種傳統(tǒng)技術(shù),其中將具有不同濃度的P-型摻雜劑的多個(gè)層交替地堆疊以基于層之間在摻雜濃度上的差異而提供側(cè)向空穴分散,但是該技術(shù)提供無(wú)意義的空穴分散且無(wú)法充分抑制UV發(fā)光器件的空穴分散性的惡化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種UV發(fā)光器件,其包括:在空穴注入方向具有比在其它方向更高的帶隙以防止空穴分散性惡化的Al-δ層,從而基于二維空穴氣體效率改善進(jìn)入活性層的空穴注入效率和側(cè)向空穴分散性。
[0006]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例,一種垂直UV發(fā)光器件,包括:襯底;η型半導(dǎo)體層,設(shè)置在所述襯底上;活性層,設(shè)置在所述η型半導(dǎo)體層上;空穴注入層,設(shè)置在所述活性層上并包括Al; Al-δ層,設(shè)置在所述空穴注入層上并包含Al;以及第一P型接觸層,設(shè)置在所述Al-δ層上并具有比所述空穴注入層高的P型摻雜劑的摻雜濃度,其中,所述第一P型接觸層具有比所述空穴注入層低的Al含量,所述Al-δ層具有比所述空穴注入層高的Al含量并且使空穴通過(guò)遂穿所述Al-δ層進(jìn)入所述活性層。
[0007]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例,UV發(fā)光器件包括襯底、設(shè)置在襯底上的η型半導(dǎo)體層、設(shè)置在η型半導(dǎo)體層上的活性層、設(shè)置在活性層上并包括Al的空穴注入層、設(shè)置在空穴注入層上并且包含Al的Al-δ層以及設(shè)置在Al-δ層上的第一P型接觸層,其中,第一P型接觸層具有比空穴注入層低的Al含量,Al-δ層具有比空穴注入層高的Al含量和比空穴注入層更高的摻雜濃度。該Al-δ層可以具有允許空穴通過(guò)隧穿而進(jìn)入該活性層的厚度,優(yōu)選為20nm或更少。
[0008]Al-δ層可以摻雜有p型摻雜劑,并且具有比空穴注入層高的p型摻雜劑的摻雜濃度。
[0009]ΑΙ-δ層可以具有2nm至20nm的厚度。
[0010]垂直紫外線發(fā)光器件還可以包括:設(shè)置在Al-δ層與第一P型接觸層之間的第二 P型接觸層,第二 P型接觸層具有比第一 P型接觸層低的P型摻雜劑的摻雜濃度和比空穴注入層低的Al含量。
[0011]第一P型接觸層的帶隙可以低于或等于從活性層發(fā)射的光的能量。
[0012]第二P型接觸層可以具有低于或等于從活性層發(fā)射的光的能量的帶隙。
[0013]第一P型接觸層可以包含銦。
[0014]空穴注入層可以具有低于或等于從活性層發(fā)射的光的能量的帶隙。
[0015]Al-δ層的Al含量可以從空穴注入層逐漸增加至第一 P型接觸層。
[0016]Al-δ層可以具有朝著第一 P型接觸層逐步增加的Al含量。
[0017]ΑΙ-δ層可以具有2nm至20nm的厚度。
[0018]Al-δ層可以具有比空穴注入層高的Mg摻雜濃度。
[0019]UV發(fā)光器件還可以包括設(shè)置在活性層和空穴注入層之間的電子阻擋層。這里,空穴注入層可具有高于或等于從活性層發(fā)射的光的能量的帶隙。
[0020]Al-δ層的Al含量可以從空穴注入層向接觸層逐漸增加。另外,Al-δ層可以包括第一Al-δ層和第二 Al-δ層,第一 Al-δ層設(shè)置在空穴注入層上并具有比空穴注入層高的Al含量,第二 Al-δ層設(shè)置在第一 Al-δ層上并具有比第一 Al-δ高的Al含量。
[0021]Al-δ層可以是未摻雜的層,并且可以用P-型摻雜劑摻雜以降低正向電壓。P-型摻雜劑可以包括Mg,且Al-δ層可以具有比空穴注入層高的Mg摻雜濃度。
[0022][有益效果]
[0023]根據(jù)示例性實(shí)施例,在UV發(fā)光器件中,將空穴注入層和Al-δ層設(shè)置成P型半導(dǎo)體層以增加Al-δ層和P型半導(dǎo)體層之間的帶隙差,使得空穴可以在限制界面處借助二維氣體效應(yīng)更均勻地沿豎直方向注入到活性層中,從而通過(guò)具有高濃度Al的Al-δ層改善側(cè)向空穴分散性。另外,UV發(fā)光器件可以具有低的正向電壓并通過(guò)將高濃度的摻雜劑摻雜到Al-δ層而具有進(jìn)入到活性層中的高的空穴注入效率。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的UV發(fā)光器件的剖面圖。
[0025]圖2是根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的UV發(fā)光器件的剖面圖。
[0026]圖3是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的UV發(fā)光器件的帶隙的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]示例性實(shí)施例將在下面參照附圖詳細(xì)描述。
[0028]圖1是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的UV發(fā)光器件的剖視圖。在根據(jù)該示例性實(shí)施例的UV發(fā)光器件的描述中,UV發(fā)光器件的帶隙將參照?qǐng)D3進(jìn)行描述。
[0029]參照?qǐng)D1,根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的UV發(fā)光器件包括襯底21、第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、活性層25和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。在本文中,導(dǎo)電型半導(dǎo)體層是氮化物半導(dǎo)體層,并且可以通過(guò)各種方法形成,例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氫化物氣相外延(HVPE)等
[0030]參照?qǐng)D1,緩沖層形成在襯底21上。襯底21是用于在其上生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體層的襯底,并且可以包括藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、尖晶石襯底、GaN襯底、AlN襯底等。在該示例性實(shí)施例中,可以使用藍(lán)寶石襯底或者AlN襯底。
[0031]緩沖層可以在襯底21上被形成為大約20nm的厚度。緩沖層可以是氮化物層,其包括(Al、Ga、In)N,并且具體地,可以包括在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)晶度并吸收較少的可見(jiàn)光的A1N。根據(jù)需要,可以在緩沖層上將AlN層連續(xù)生長(zhǎng)成2μπι高的厚度以減小位錯(cuò)密度。
[0032]當(dāng)襯底21是諸如GaN襯底或AlN襯底的氮化物襯底時(shí),可以省略緩沖層。
[0033]另外,超晶格層可以形成在緩沖層上。超晶格層可以包括由具有不同Al濃度并彼此交替地堆疊的AlGaN層組成的多個(gè)層,例如,AlxGau-x)N/AlyGa(1—y)N的超晶格層。
[0034]第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層可形成于超晶格層上。在該示例性實(shí)施例中,第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層可以是η型半導(dǎo)體層23并可以通過(guò)MOCVD等生長(zhǎng)。η型半導(dǎo)體層23可以包括AlGaN,并且可以包含例如娃的η型摻雜劑。例如,η型半導(dǎo)體層23可以由n-AlxGa(i—χ)Ν(0〈χ〈1)表不。
[0035]活性層25和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層可以順次形成在η型半導(dǎo)體層23上?;钚詫?5通過(guò)電子與空穴的復(fù)合發(fā)射具有特定能量的光?;钚詫涌梢跃哂袉瘟孔于褰Y(jié)構(gòu)或量子阻隔層與量子阱層交替地堆疊的多量子阱結(jié)構(gòu)。在量子阻擋層之間,最接近η型半導(dǎo)體層的量子阻擋層可以具有比其它量子阻擋層高的Al含量。在最接近η型半導(dǎo)體層23的量子阻擋層被形成為具有比其它量子阻擋層高的帶隙的結(jié)構(gòu)中,電子迀移率減小,從而有效地防止電子的溢出。
[0036]P型半導(dǎo)體層27可以形成在活性層25上。P型半導(dǎo)體層27可以通過(guò)例如MOCVD的方法形成為50nm-300nm的厚度。P型半導(dǎo)體層27可包括AlGaN,且P型半導(dǎo)體層27的Al含量被確定為具有比活性層25中的阱層高的帶隙以防止從活性層25發(fā)射的光的吸收。
[0037]P型半導(dǎo)體層27包括電子阻擋層27a、空穴注入層27b、Al-S層27c和第一 P型接觸層27d。
[0038]電子阻擋層27a形成在活性層25上并且含有Al。電子阻擋層27a可以具有20重量